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探秘Intel 22nm制程三栅结构晶体管技术

本文章共2569字,分2页,当前第1页,快速翻页:
 

继四年前首度启用HKMG工艺制作商用处理器之后,全球最大的半导体厂商Intel又一次站在了业界前列,这一次他们用实际行动宣告与传统的平面型晶体管技术彻底告别。如先前外界所预料的那样,本周三Intel举办了一次新闻发布会,会上Intel高管Mark Bohr宣布Intel在22nm制程处理器中全面启用三栅晶体管技术,他并表示三栅晶体管技术的启用可以极大地减小晶体管的工作电压。

 

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Intel 22nm制程三栅晶体管实物

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Intel三栅晶体管结构图

Bohr称:“转向立体型晶体管设计的最大好处是管子的工作电压和漏电流可以较大幅度地减小。”另外,他还表示制造三栅晶体管所用的晶圆成本仅比传统平面型晶体管高2-3%左右。

PS:Intel口中的三栅其实与人们通常所说的Finfet本质相同,有关三栅技术与Finfet技术读者可参考本站的这篇简介文章

Bohr,Intel高级副总裁 Bill Holt以及架构总经理Dadi Perlmutter三人共同展示了在实际运行中的服务器,台式机以及笔记本,这些设备上均装用了22nm制程的Ivy Bridge处理器,这款处理器产品将于明年早些时候正式上市。

全面而非部分启用三栅技术:

与之前人们猜想的情况有所不同,Bohr在发布会上称Intel的22nm制程处理器中所有的晶体管均采用三栅结构制作,而此前人们猜想的情况是仅有SRAM部分采用了三栅结构,而逻辑电路部分仍采用传统的平面型晶体管结构。另外,Bohr还透露在Intel的22nm制程处理器中,有些部分的晶体管电路采用了6鳍设计(在Finfet中,Fin即鳍的部分相当于平面型晶体管中的沟道),而有些部分的晶体管电路则仅采用2鳍设计,举例而言,SRAM晶体管部分的晶体管结构便于逻辑晶体管的结构有所不同,在三栅结构的基础上做出了一些改动。

另外Bohr还表示,Intel在14nm节点仍将继续使用三栅晶体管技术,不过届时Intel可能会进一步增加三栅晶体管中鳍部分的高度,以增强管子的性能,另外芯片内含的晶体管密度也将比22nm节点大幅增加。

Bohr透露,Intel早已决定要在22nm节点放弃50年来人们一直在使用的平面型晶体管技术。Intel的三栅晶体管技术其实属于Finfet的一种变种,采用这种结构的晶体管其沟道垂直与衬底,沟道的三个面则被三个栅极围绕,这种结构可以增强栅极对沟道的控制作用,从而进一步提升管子的电流驱动能力和省电性能。

三栅晶体管的性能提升:

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Intel公布的22nm三栅晶体管沟道电流值


与Intel目前最好的32nm制程工艺比较,22nm制程立体型晶体管工作电压Vdd仅0.7v,平面型晶体管则很难达到这样的工作电压水品,同时管子的性能则比前者提升37%。同时,管子的延迟时间可以在输入电压比32nm制程低0.2v(即0.8V)的条件下保持在原有的水平。

他说:“22nm制程三栅技术的晶体管性能基本与32nm制程一致,但输入电压仅0.8V,比后者的1.0V更低,这样工作状态下管子的功耗可减小50%以上。”

三栅与平面型体硅及FDSOI技术的优劣对比:

会上Bohr还简要介绍了一些晶体管器件物理学方面的知识。据他介绍,由于平面型体硅晶体管的衬底部分存在微小电压,因此很难优化管子的亚阀值(sub-threshold,台湾人的说法是次临界,即晶体管的栅电压低于门限电压的情况)性能。而FDSOI器件虽然可以解决这个问题,但是制造FDSOI器件的超薄体SOI晶圆成本太高。在谈到由意法半导体等公司主推的超薄体SOI技术时,Bohr则称由于这种SOI晶圆的埋入氧化层与其顶部超薄硅层之间的距离非常小,因此对超薄体SOI晶圆的制造技术提出了非常高的要求。

“虽然已经有人制造出这种超薄体SOI晶圆,但是其价格太高,而且制造难度也很大。”他并表示Intel认为这种超薄体SOI晶圆的最终成本可能会(比常规SOI)高出10%。与此类似,FDSOI阵营的成员也承认超薄体SOI的成本相对较高,但是他们强调FDSOI可以降低所需的隔离结构等的数量,因此FDSOI可以间接降低掩模板制作方面的成本,这里节省的成本则可以与晶圆增加的成本大致相抵。
 

 
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